Схема импульсного зарядного

Импульсная зарядка для li-ion аккумуляторов

Всем нам уже все уши прожужжали, что литий-ионные аккумуляторы правильнее всего заряжать постоянным током до напряжения 4.2 В. По достижении данного значения считается, что аккумулятор набрал где-то 70-80% своей максимальной емкости. К слову сказать, этот момент наступает достаточно быстро и чем больше был ток заряда, тем быстрее.

Теперь остается зафиксировать на аккумуляторе это напряжение и подержать его так еще какое-то время. За это время аккумулятор должен набрать еще процентов 20 емкости. Ток заряда при этом будет неуклонно снижаться но, что немаловажно, до нуля так никогда и не дойдет. Окончанием заряда можно считать снижение тока до

0.05 от номинальной емкости (той, которая указана на этикетке).

Описанная логика по своей сути очень правильная и в первом приближении не имеет недостатков: быстрый набор основной емкости, четко заданные критерии перехода к фазе снижения тока и момента окончания зарядки. Но так ли это?

На самом деле, для описанной выше логике работы зарядных устройств порог в 4.2 вольта выбран далеко не случайно. Дело в том, что длительное прикладывание повышенного напряжение к li-ion аккумуляторам ведет к деградации их электродов и электродных масс (электролита) и, как следствие, потери емкости. А так как фаза заряда с фиксированным напряжением и падающим током обычно довольно длительная, то желательно ограничить напряжение сверху на уровне 4.2 (или 4.24В). Что и делается на практике.

Однако, более правильным было бы контролировать напряжение на аккумуляторе не тогда, когда через него протекает большой зарядный ток, а во время холостого хода. Дело в том, что в зависимости от величины внутреннего сопротивления батареи и тока, напряжение на аккумуляторе может запросто достигать 4.3 и даже 4.4 Вольта (если, конечно, нет PCB-модуля, который отрубит акб из-за перенапряжения). Таким образом, зарядное устройство перейдет в режим стабилизации напряжения немного раньше, чем хотелось бы, увеличивая тем самым общее время заряда.

Заряд импульсами тока с паузами между ними

Умная зарядка дейстовала бы следующим образом: сначала отключила бы зарядный ток, выждала бы небольшую паузу, измерила бы напряжение холостого хода на аккумуляторе и на основании этого приняла бы решение о своих дальнейших действиях. Чем ближе напряжение приблизилось к 4.15В (это напряжение полностью заряженного аккумулятора), тем более короткий импульс зарядного тока выдает зарядка. Как только напряжение достигнет заданного порога (4.15 вольта), импульсы тока совсем прекратятся.

Вот как это выглядит на графике:

В таком зарядном устройстве можно оставлять аккумулятор на сколь угодно длительное время, и он будет подзаряжаться по мере необходимости.

Мы только что описали еще один (более правильный) способ зарядки литиевых аккумуляторов — импульсный. Но такие зарядки менее распространены, так как для реализации этого алгоритма требуется микропроцессорное управление, что усложняет и удорожает схему.

Схема зарядника

Но не надо грустить! Оказывается, существует схема импульсного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов БЕЗ МИКРОПРОЦЕССОРА. Вот она:

Как это ни удивительно эта несложная схема в полной мере реализует весь описанный выше алгоритм заряда при полном отсутствии «мозгов». Схема работает следующим образом.

С момент включения схема начинает заряжать аккумулятор постоянным током. Величина тока зависит от напряжения питания и сопротивления резистора RD.

В момент, когда напряжение на элементе при наличие зарядного тока начинает превышать 4,15 Вольта, компаратор (KA393 или KIA70XX) видит это и закрывает транзистор VT1. Далее следует пауза, за время которой напряжение на элементе снижается до своего истинного значения. Т.к. напряжение холостого хода на аккумуляторе ещё не достигло величины 4,15 В, оно вскоре упадет ниже этого значения. Компаратор, увидив это, вновь откроет зарядный ключ.

Процесс будет повторяться снова и снова, с той лишь разницей, что по мере зарядки аккумулятора импульсы зарядного тока будут всё время сокращаться, а длительность паузы между импульсами, наоборот, увеличиваться. То есть будет увеличиваться скважность импульсов.

Ближе к концу зарядки длительность импульса зарядного тока составляет доли процента от длительности паузы между ними, а напряжение на элементе будет практически равно 4,15 Вольта (конкретное значение выставляется потенциометром R1 при настройке схемы).

Теперь о деталях. Разумеется, можно использовать обычный трансформатор без средней точки. Прекрасно можно обойтись и однополупериодным выпрямителем. А еще проще взять в качестве питания какой-нибудь уже готовый 5-вольтовый зарядник от сотового телефона. Чтобы его не спалить возможно придется еще сильнее ограничить ток заряда, увеличив RD, например, до 0.47 Ом.

Транзисторы что-то типа KTA1273. Силовой полевик указан на схеме, но еще лучше взять PHB108NQ03LT (выпаять из старой материнской платы от компа).

Подстроечник 470 Ом. И не самых маленьких размеров, т.к. он все-таки должен рассеивать какую-то мощность. Брать более 470 ом не советую, т.к. это увеличивает гистерезис срабатывания микросхемы KIA (микросхема может просто вырубить зарядку вместо того, чтобы генерировать импульсы, как задумано).

Схемы можно объединять в последовательные цепочки. Это позволяет заряжать батареи из последовательно соединенных аккумуляторов.

Схему можно значительно упростить, выкинув необязательные цепи, а также заменив полевик на обычный биполярный транзистор. Вот, например, парочка вполне рабочих вариантов:

Транзистор можно заменить на наш дубовый КТ837. Питания лучше не делать больше 6 вольт, т.к. чем оно выше, тем сильнее все будет греться. Резистором R1 при сильно разряженном аккумуляторе нужно ограничить ток на уровне 700-800 мА, этого будет вполне достаточно для одного элемента li-ion. При подборе резистора главное не превысить максимальную мощность силового транзистора и способности источника питания.

Если не получилось найти микросхемы KIA70хх, их можно заменить другими детекторами напряжения, например, BD4730. Вот вариант зарядки с этой микросхемой:

Для того, чтобы настроить схему, необходимо отловить момент, когда напряжение на аккумуляторе станет ровно 4.2В и в этот момент выставить на 5-ом выводе микросхемы напряжение 2.99 Вольта (при помощи резистора R6). Если есть регулируемый блок питания, можно выставить на нем ровно 4.2 Вольта и на время настройки подключить его вместо аккумулятора.

Любая из этих схем позволяет заряжать литиевые аккумуляторы любых типоразмеров и емкостей (с учетом коррекции зарядного тока) — от небольших элементов в призматических корпусах до циллиндрических 18650 или гигантских 42120.

Импульсное Зарядное устройство своими руками

На днях мне поступила просьба сделать для автомобильного аккумулятора компактное зарядное устройство. Заказчик отметил, что особенно важна для него именно компактность, так как намеревался эти зарядные устройства продавать. В случае если ему понравится ЗУ, он бы хотел сотрудничать и заказывать подобные не по одному, а партиями. Так как зарядки планировалось продавать, было принято решение изготавливать импульсные ЗУ с использованием компактных, а также электронных мощных трансформаторов, и оснастить их защитой.

Электронные трансформаторы дорабатывались следующим образом:

• Электронный трансформатор давал напряжение на выходе 10–12 Вольт, затем после выпрямителя шло снижение. В связи с этим необходимо произвести домотку выходной обмотки трансформатора, дабы зарядное напряжение приблизилось к 14 Вольтам;
• Затем идёт добавление сетевого фильтра (по усмотрению);
• Добавить систему включения ЭТ без нагрузки на выходе (если устройство будет применяться исключительно как зарядка для аккумулятора автомобиля, то пункт можно пропустить);
• Присоединить диодный выпрямитель:
• Продумать систему по защите от перегрузов, замыканий (в том числе коротких) и переплюсовки питания;
• Добавление индикаторов заряда аккумулятора.

Описанные выше шесть пунктов могут показаться поначалу трудными операциями, но по сути никакой сложности в них нет. За основу взят электронный китайский трансформатор мощностью 80 ватт.

Полумостовой стандартный инвертор (частота примерно 30 кГц) создаётся динистором серии DB3. В наличии пара трансформаторов, понижающий как основной и трансформатор ОС.

Трансформатор ОС состоит из трёх обмоток — обмотки ОС и базовых обмоткок ключей, ключи серии MJE 13005. С целью подзарядки аккумуляторов мощностью 12 Вольт с небольшой ёмкостью, а также для использования в виде блока питания, необходимо включить их без выходной нагрузки. Работа по переделке заключается в процессе, подробно описанном ниже.
Сначала выпаивается обмотка ОС и заменяется перемычкой.

Затем на основной трансформатор обматываются двумя витками провода толщиной 0,4–0,6 мм, и подключается обмотка.

В случае, когда устройство необходимо лишь с целью зарядки аккумулятора, описанные действия можно не выполнять. Понадобится резистор с мощностью 3–10 ватт. Работая, он всегда тёплый.

После проделанных действий данный блок питания получит защитную функцию от КЗ и систему включения, работающую без нагрузки. Чтобы КЗ ключи не запирались и не перегревались, не вышли из строя, поскольку схема не будет отключаться, требуется дополнительная защита. Иначе возможен выход их при КЗ на 5–10 секунд, что вовсе ни к чему.

Защита от коротких замыканий, а также переплюсовки полярности и перегруза выполняется на другой плате. Используется силовой транзистор серии IRFZ44, в случае необходимости его можно поменять на наиболее мощный IRF3205. Это может быть и другой силовой ключ, имеющий похожие характеристики. Здесь подойдут ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и остальные с напряжением не менее 20 Ампер. Так как полевой транзистор совсем не нагревается, то теплоотвод не нужен.

Ещё один транзистор также не особо нужен. В данном случае был взят биполярный транзистор высокой мощности серии MJE13003, но можно взять и другой, выбор велик.

Ток защиты берётся с учётом сопротивления шунта. В этой ситуации защита подействует при 6 резисторов по 0,1Ом параллельно с уровнем нагрузки 6–7 Ампер. Чтобы ток начинал срабатывать примерно около 5 Ампер, необходимо вращать переменный резистор для настройки.

Так как блок питания выдаёт в принципе немаленькую мощность, величина выходного тока достигает до 6–7 Ампер, этого хватает для того, чтобы зарядить аккумулятор автомобиля. Резисторы шунта берутся мощностью 2-3 ватта, в моём случае — 5 ватт.

Далее увеличиваем напряжение блока питания на выходе с 10–12 до 14 Вольт. С этой целью необходимо продолжить вторичную обмотку дополнительными тремя витками, что увеличит напряжение на 3 Вольта. Так как витков немного, необязательно разбирать сердечник. Обмотка наматывается миллиметровым проводом по направлению заводской обмотки.
Затем необходимо последовательное подключение новой и промышленной обмотки.

Как только завершим намотку, переходим к выпрямителю. Чтобы не тратить время на поиски диодов, берём сборки ШОТТКИ из блоков питания компьютера. Для выпрямителя понадобятся 3 схожие сборки, или же параметры диодов должны быть аналогичны. Здесь необходимо непременно брать импульсные диоды (при наличии — ультрафасты) с током хотя бы 10 Ампер. Сгодятся в принципе и российские КД213.

За сборкой моста следует сборка всех блоков воедино. После этого схема подключается к сети 220 Вольт посредством последовательно соединённой лампы накаливания на 60–100 ватт, дабы избежать замыкания схемы. В случае если вы всё сделали правильно, блок тут же начнёт функционировать. Замыкаем выход, следом загорится светодиодный индикатор защиты, который должен гореть на протяжении времени, когда выходные провода находятся в режиме КЗ. Если все заработало как надо, мы действуем далее, собирая схему индикатора.

Схема скопирована с зарядника отвёртки аккумулятора. Красный индикатор есть прямой сигнал выходного напряжения на выходе БП. Зелёный индикатор указывает на процесс заряда. При таком раскладе компонентов будут происходить постепенное угасание зелёного индикатора. Напряжение аккумулятора составит 12,2–12,4 Вольт. При отключенном аккумуляторе индикатор загораться не должен.

Работа практически завершена, остаётся лишь сетевой фильтр. Фильтр содержит дроссель и два пленочных конденсатора. Один из них подключается перед дросселем, второй — после него. Сам дроссель взят готовый, от какого-то ИБП, но принципе можете намотать его сами. Мотать советую вам на кольце. Все будет две отдельных обмотки по 20 витков при толщине провода 0,5 мм. Плёночные конденсаторы 0,47 мкФ при работе с напряжением не менее 250 Вольт, советую брать на 400.

В принципе всё наше устройство сделано. Необходимо расположить детали в корпусе. В итоге имеем полноценное импульсное зарядное устройство, в случае необходимости можем даже регулятор мощности приспособить.

Практика использования показывает, что в принципе даже, если не выполнять задачу 1, то напряжение заряда составит где-то 14 Вольт. Но это в зависимости от определённого вида ЭТ. У отдельных производителей уровень выходного напряжения составляет 13 Вольт. После выпрямителя этот показатель падает на 1 Вольт. Но в паре с конденсатором напряжение составит примерно 14–15 Вольт.

Устройство пока находится в стадии разработки, но функционирует весьма неплохо. Может наблюдаться перегрев силовых транзисторов инвертора и диодного выпрямителя. Советую их укрепить на теплоотводы. В принципе могут применяться электронные трансформаторы и большей мощности, в которых будут дополняться те же системы.

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Осциллографы

Мультиметры

Купить паяльник

Купить Микшер

Купить Караоке

Статистика

Импульсное ЗУ для автомобильных аккумуляторов с током до 7 Ампер.

Импульсное ЗУ для автомобильных аккумуляторов с током до 7 Ампер.

Импульсное зарядное устройство_схема_описание

Для радиолюбителей, отдающих предпочтение импульсной технике, предлагаем ознакомиться с принципиальной схемой малогабаритного зарядного устройства, способного заряжать аккумуляторы током до 7 Ампер, при этом ток потребления устройством от сети 220 Вольт не превышает 2 Ампер, и остается работоспособным при снижении питающего напряжения примерно до 170 Вольт.

Принципиальная схема зарядного устройства изображена на следующем рисунке:

Установив необходимый ток заряда, данным устройством можно заряжать не только автомобильные, но и другие аккумуляторы, например, блоков бесперебойного питания, аккумуляторы электроинструмента, и т.д. Зарядный ток контролируется с помощью встроенного амперметра, в роли которого можно использовать стрелочный индикатор от магнитофона с соответствующим шунтом, и шкалой, отградуированной в амперах.

Вернемся к принципиальной схеме. Входная часть – высоковольтная. На входе стоит выпрямитель D1, рассчитанный на ток до 10 Ампер, и пара сглаживающих емкостей С1 и С2. Выпрямленное напряжение получается порядка 290 Вольт. На транзисторах Т1 и Т2 собран блокинг-генератор, на выходе которого стоит импульсный трансформатор. Обмотка III является нагрузкой генератора, обмотки II и IV обеспечивают поочередное открывание транзисторов генератора, частота которого лежит в пределах 25…30 кГц. Диоды D2 и D3 обеспечивают защиту транзисторных ключей от пробоя обратным напряжением, это связано с индуктивными выбросами, которые могут возникать в импульсном трансформаторе. R2 и R3 стоят как ограничители тока, протекающего через ключи, а резисторы R4 и R5 — ограничители токов баз Т1 и Т2 соответственно.

Далее по схеме идет низковольтная часть. С обмоток импульсного трансформатора V и VI
Переменное напряжение поступает на выпрямитель D4, фильтруется емкостью С4 и поступает на ШИМ-регулятор (транзисторы Т3 и Т4). Переменный резистор изменяет скважность импульсов, которыми управляется полевой транзистор Т5. От номиналов емкостей С6 и С7 зависит частота генерации широтно-импульсного модулятора, она должна лежать в диапазоне 5…7 кГц.

Лампа HL1 – визуальный контроль работы зарядного устройства.
На низковольтном выпрямителе получается порядка 18 Вольт, поэтому последовательно с вентилятором, рассчитанным на напряжение 12 Вольт, включен резистор номиналом 10 Ом.

Чуть не забыли написать про кнопку S1. С ее помощью производится запуск генератора, и, соответственно пуск зарядного устройства в работу. Эта кнопка не фиксированная, запуск осуществляется коротким нажатием, то есть импульсом. Если на выходе будет короткое замыкание, генерация сорвется, и блокинг-генератор прекратит работу. После устранения КЗ пусковая кнопка нажимается заново.

Основой для намотки служит ферритовое кольцо, наружный диаметр которого 30 мм. Параметры намотки следующие:

● Обмотка III — 140 витков, провод ПЭЛ-0,31 мм, мотается первой, далее слой фторопластовой ленты.

● Обмотки I, II, IV — по 2 витка каждая, можно использовать жилы от телефонного кабеля.

● Обмотки V, VI — по 18 витков каждая, диаметр провода 3,6 мм. Для удобства в намотке скрутите жгут из 20-ти жил провода диаметром 0,18 мм, намотать будет гораздо легче. Для скручивания жгута используйте шуруповерт.

В результате должно получиться примерно так:

Импульсный трансформатор для зарядного устройства

Ключевые транзисторы Т1 и Т2 – биполярные, типа MJE13007, устанавливаются на небольшие радиаторы. Можно заменить на EN13007, EN13009.
Транзисторы Т3 и Т4 — биполярные, 2SC1815. Можно заменить на КТ315.
Транзистор T5 — полевой, типа N302AP, тоже можно установить на небольшой радиатор.
Диодный мост D1 — KBP208G, или аналогичный на ток 10 Ампер.
Диоды D2 и D3 — 1N4007, можно заменить на отечественные КД226Д.
Резисторы R1, R4, R5, R7, R8, R9, R10, R11, R12 — типа МЛТ-0,25.
Резисторы R2, R3, R6 — типа МЛТ-0,5.
Конденсаторы С1 и С2 — 33 мкФ, на напряжение не ниже 250 Вольт.
Конденсатор С3 — 2200 пФ на 400 Вольт.

Ниже на снимках показан внешний вид печатной платы:

Печатная плата зарядного устройства

Печатная плата зарядного устройства_сторона элементов

. Печатную плату в формате LAY и принципиальную схему можно скачать одним файлом по прямой ссылке с нашего сайта. Размер файла архива — 0,045 Mb.

Далее на снимках показана собранная печатная плата (вид со стороны элементов, и вид со стороны дорожек):

Плата импульсного ЗУ_вид со стороны элементов

Плата импульсного ЗУ_вид со стороны дорожек

Импульсное зарядное устройство в сборе

. Будьте аккуратны при отладке зарядного устройства, помните, что входные цепи находятся под напряжением питающей сети, ведь правила электробезопасности еще никто не отменял.

Поделки своими руками для автолюбителей

Импульсное зарядное устройство для авто, схема, описание

К вашему вниманию простая схема импульсного ЗУ для автомобильного акб, компактная, проверенная в работе и со всеми защитами.

Электронный трансформатор немного дорабатываем, чтобы в конечном итоге выход был 14 вольт, то есть если нет 14 вольт, то нужно немного домотать вторичную обмотку. Затем мы добавим (тут по желанию) сетевой фильтр. Сделаем обязательно диодный выпрямитель и схемы защиты от короткого замыкания, переполюсовки и перегрузки. Ну и добавим индикацию.

Я взял китайский электронный трансформатор на 80 ватт. Частота задаётся динистором DB3 в районе 30 кГц. Имеется 2 трансформатора, один ОС, второй (основной) понижающий.

3 обмотки содержит тран-тор ОС, две базовые обмотки ключей и саму обмотку ОС. Были взяты ключи MJE 13005.

Чтобы использовать наше зарядное устройство можно было ещё и в качестве БП, реализуем включение без нагрузки.

Итак, что для этого надо….

1) Выпаять обмотку ОС и вместо неё сделать перемычку.
2) Мотаем 2 витка проводом 0.4 мм на основном трансе и подключаем всё это дело как показано на схеме ниже. Это делать не обязательно, если данное устройство будет работать только как зарядное для аккумуляторов.

Резистор нужно взять мощностью 5-10 ватт и то он всегда будет тёплый, но это нормально.

Такая переделка даёт нам защиту от короткого замыкания и включение системы без нагрузки. Но всё равно при длительном замыкании (больше 10 сек) ключи могут выйти из строя, поэтому мы будем делать отдельную защиту от короткого замыкания.

Сделаем на отдельной плате.

В схеме использован транзистор IRFZ44, можно взять и помощней IRF3205. Ключи можно использовать на ток более 20 ампер, такие как IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и т.д. Теплоотвод для полевика не требуется. Выбор второго транзистора не критичен, я взял биполярник MJE13003, но выбор за вами. Шесть резисторов по 0.1 ому, подключены параллельно задают сопротивление шунта, которым подбирается ток защиты. При таком раскладе ток защиты срабатывает при нагрузке в 6 или 7 ампер. Также можно подстроить ток срабатывания переменным резистором.

Выходной ток БП доходит до 7 ампер, довольно прилично. Резисторы для шунта брал на 5 ватт, но подойдут и по 2-3 ватта.

Теперь нужно переделать чтобы выходное напряжение было 14 вольт вместо 10-12.

Это делается просто на вторичную обмотку доматываем всего 3 витка и этим повышаем напряжение на три вольта. Сердечник сам разбирать не обязательно. Провод брал сечением 1 мм и подключаем, вернее припаиваем нашу обмотку одним концом к заводской, а другой конец получается выходом. (то есть последовательно)

Теперь приступим к выпрямителю.

Диоды взял шоттки, выпаял из БП от компьютера. Нужны три одинаковые сборки. Обязательно диоды должны быть импульсные или ультрафасты и не менее 10 ампер. Подойдут и наши типа КД213 и подобные.

Собираем мост, блоки в кучу и включаем в сеть 220, чтобы схема не сгорела (в случаи если что накосячили) её следует подключить через обыкновенную лампочку на 60-100 ватт, которую соединяем последовательно с нашей схемой.

При правильной сборке блок работает сразу, теперь замыкаем выход на нём, при этом загорается светодиод (свидетельствует о коротком замыкании).

Теперь собираем схему индикатора

Сама схема взята от зарядника аккумуляторной отвёртки. Где зелёный огонёк показывает, что идёт заряд, а красный показывает, что есть напряжение на выходе блок питания.

Зелёный индикатор будет затухать постепенно и после 12.4 вольт он окончательно потухнет.

Сетевой фильтр

Но вот и осталось нам только сделать сетевой фильтр, он у нас будет состоять из 2-х плёночных конденсаторов и дросселя.

Коденсаторы подключаются перед дросселем и после. Дроссель можно взять готовый от ИБП или намотать самому. Берём кольцо и мотаем две отдельные обмотки, по 20 витков проводом 0.5 мм. Конденсаторы по 0,47 мкФ 250 или 400 вольт, лучше взять плёночные.Теперь собираем всё в корпус и наслаждаемся полноценным импульсным зарядным устройством. Если будет желание, можно сделать и регулятор мощности.

В устройстве можно применить и более мощные трансформаторы. Практика показала надёжность данного устройства и его простоту в изготовлении. Автор; АКА Касьян